山区公路桥梁抗震设计与抗震加固措施研究

陈雪明

摘要：山区公路桥梁的抗震设计是公路桥梁建设中的重中之重，对我国公路桥梁事业的发展具有重要的影响。本文对山区公路桥梁的主要震害形式进行了分析，并以此为基础为山区公路桥梁的抗震设计与抗震加固措施提供针对性的建议，提高山区公路桥梁的抗震行为，使山区公路桥梁的发展更具持久性。

关键词：山区公路桥梁;抗震设计;抗震加固

一、山区公路桥梁的主要震害形式

（一）山区公路桥梁上部结构的损害

山区公路桥梁上部结构的损害主要是指在地震中梁和支座的损害。在山区公路桥梁的设计中，公路桥梁具有较大的坡度，梁板是设计的关键要素，桥梁的上部结构主要采用T梁、小箱梁等，使用结构与桥面连续两种桥跨形式。一旦发生地震，山区公路桥面的断裂和坍塌以及墩柱和支座的损害，通常是由于梁板在地震中遭受到严重的破坏所导致的。山区公路桥梁梁板的破坏主要包括两种形式，即梁板结构损坏和位移损坏。梁板自身结构的损害是指在地震中，梁板内部构件发生碰撞导致的损坏，通常发生在支座或者桥台。位移损坏是指在地震的巨大的破坏下，梁板发生横向、纵向以及扭转位移的现象，多发生在山区公路桥梁的两端。梁板位移过大，超出了桥梁墩柱以外的范围，就会导致落梁和桥梁崩塌的现象。

支座是桥梁结构的传力构件，连接了桥梁的梁板与底部的墩柱，在地震产生极大位移的情况下，导致支座的承重压力剧增，进而发生支座的变形和损坏。影响支座在地震中效果的主要因素是根据山区公路桥梁设计的实际环境以及需要的防震等级选择合适的支座，避免支座在地震中因为剪力作用而发生损坏。

（二）山区公路桥梁下部结构的损害

山区公路桥梁下部结构的损害主要包括桥梁墩柱和桥台的损害。山区地势复杂，地形地貌具有很大的特殊性，导致山区公路桥梁在下部结构的设计中，通常将桥墩和桥台设置在较高的位置上，容易出现盖梁、节点以及桥台破坏。在实际中，桥梁墩柱不仅要作为桥梁上部结构与基础之间传力的重要纽带，同时要承受来自水平方向的巨大的侧向剪切应力。在地震中，桥梁的上部结构容易发生位移损害，导致桥梁墩柱发生剪切变形，同时，在地震的巨大压力下，桥梁的墩柱极易发生受力不均产生剪切破坏，导致整个桥梁结构的崩塌。同时，桥梁墩柱在地震中也易发生弯曲失效，体现在桥梁材料的钢筋弯曲以及混凝土开裂等现象。

（三）山区公路桥梁的基础损坏

山区公路桥梁的建设对地基以及基础具有较高的要求，其基础损坏主要取决于桥梁基础所在的土层质量。山区土层质量较差，存在大量不良地质以及砂土液化的情况，严重影响桥梁基础的抗震能力，在地震的巨大压力下，容易发生地基下沉和移动，导致桥面变形和坍塌。

二、山区公路桥梁的抗震设计方案

（一）山区公路桥梁的选址以及桥型设计

我国山区大多分布在西南以及西北地区，地质环境极为复杂，且极易发生地震，所以公路桥梁的选址设计至关重要，尽量延长山区公路桥梁的使用寿命以及保证山区公路桥梁建设的经济性以及安全性。在进行山区公路桥梁选址前，应该对桥梁建设地的地质状况进行详细的勘测，明确软弱地层和地震带的所在地，尽量选择在具有坚硬基岩的地质坚硬地区进行建设，同时要注意这些地区山体滑坡、泥石流等灾害发生的频率，将建设地选在灾害低频地区。如果山区公路桥梁的建设地不能避开软土和地震带，在建设过程中要尽量做好桥梁建设的地基以及边坡处理，避免各项次生灾害对山区公路桥梁的影响。

山区公路桥型的选择是影响桥梁抗震效果的重要因素，要综合考虑山区的地质环境以及施工条件，选择具有稳定结构、抗震效果较好的桥型。尽量选择新型钢桁架结构，减少大跨径钢混桥梁的设计，使其具有更好的防震减震性能。

（二）山区公路桥梁的上部结构设计

山区公路桥上部结构的损害主要指梁和支座的损坏，所以在山区公路桥梁的上部结构设计中，要着重关注梁和支座。山区公路桥梁的地震损坏主要涵盖梁内部结构的损害和位移损害。针对地震发生中，桥梁内部由于碰撞发生的内部损害，强化桥梁的端部设计，并进行延性设计，理解不同的桥梁结构以及性能，针对性地明确延性设计标准，使桥梁在地震中具有更强的结构保护功能。就地震中桥梁位移损害而言，应从桥梁设计结构的整体性出发，避免桥梁连接位置在地震中断开，尽量采取曲线梁桥结构，选择重量较轻的材料减轻桥梁的自重，同时选取具有更强抗弯性的箱梁结构。

支座在减隔震中具有重要的作用，若支座具有很强的抗震能力，在地震中阻隔地震对桥梁上部结构的压力，在很大程度上可以降低山区公路桥梁的震害。所以，山区公路桥梁建设支座尽量选择减震支座，降低桥梁下部结构的震动。在支座设计中，首先要明确桥梁建设的地位以及建设地的防震等级，选择相应的减隔震支座;其次，建立限位耗能装置，尽量限制梁体在地震中的变形问题;最后，应针对山区公路桥梁的落梁问题建立专门的防落梁装置。

（三）山区公路桥梁的下部结构设计

山区公路桥梁下部结构设计中，桥梁墩柱的设计是防震的关键。高墩和矮墩的选择对地震的响应不同，容易导致上部结构发生损坏。所以在桥梁墩柱的选择上，尽量避免同时使用高墩和矮墩。双圆柱式桥墩在矮墩中具有良好的抗震能力，T型墩、空心薄壁墩等则在高墩中具有较强的抗震效果。同时，在山区公路桥梁墩柱的选择上，要注重墩柱的抗弯性以及抗扭曲性，并采用延性设计方法，从整体上对山区公路桥梁的下部结构进行保障。

三、山区公路桥梁的抗震加固措施

（一）山区公路桥梁的上部结构的加固措施

针对山区上部结构中梁的加固方法主要可以采取混凝土外包加固法。采取锚固钢筋或者增设钢筋网等方法，扩大桥梁的混凝土面积，在整体上增强桥梁的抗震效果。针对山区公路桥梁中承载力薄弱或产生裂缝的地方，可以利用高强度的钢板进行加固，将原有的碳化混凝土进行清理，采取机械打磨，提升钢板的粘合效果，充分考虑钢板的受力方向，并用专门的夹具进行紧固，增强桥梁的抗震效果。

针对山区桥梁上层结构中支座的加固而言，首先在设计中就要选择具有极强减震功能的支座，并设置具体的梁体限位消能装置，通过设置挡块、橡胶支座等方法，限制梁体的位移，从而避免落梁现象的发生，提高支座的抗震能力。

（二）山区公路桥梁的下部结构的加固措施

山区公路桥梁的下部结构的加固主要是指墩柱的加固。在墩柱加固方法的选择上，提高墩柱结构的延性是重要的举措，同时采用结构加固法进行加固。针对墩柱钢筋混凝土薄弱的地方，运用型钢与斜杆进行稳固，从整体上改变墩柱受力状况，增强墩柱的使用性能。

四、结论

山区公路的建设要充分考虑山区的地理环境与地震发生频率，在进行山区公路桥梁的抗震设计与加固措施中，要对桥梁建设的地理位置进行细致的勘测，选择适合的桥型，对桥梁的梁板、支座以及墩柱等结构进行科学的设计，从整体上提高山区公路桥梁的抗震性，实现山区公路桥梁的持续发展。

参考文献：

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